I 摘 要 在全球氣候變暖背景下，氣候?qū)r(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力的影響越來(lái)越明顯。為了研究氣候變化對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)的影響， 本論文收集 了我國(guó) 東北地區(qū) （黑龍江、吉林和遼寧三?。?72 個(gè) 氣象 站點(diǎn) 的光、熱、水 等氣象資料和作物的生長(zhǎng)發(fā)育期及產(chǎn)量資料， 使用 術(shù)，分析了我國(guó) 東北地區(qū) 19612004 年的 太陽(yáng)輻射、溫度、降水等 農(nóng)業(yè)氣候資源的時(shí)空演變特征，以 “機(jī)制法” 為 基礎(chǔ) ， 對(duì)作物生產(chǎn)潛力模型進(jìn)行了光、溫、水的逐級(jí)訂正，估算了 該區(qū) 玉米、水稻和大豆生長(zhǎng)季的光合、光溫和氣候生產(chǎn)潛力。 研究結(jié)果 表明 ：（ 1） 44 年來(lái)太陽(yáng)輻射呈減少趨勢(shì) ； 年總輻射值 及 作物生長(zhǎng)季的太陽(yáng)總輻射值呈現(xiàn)由東向西逐漸增加的趨勢(shì) ，太陽(yáng)日照時(shí)數(shù)時(shí)空變化與總輻射變化大致相同。（ 2）年穩(wěn)定通過(guò) 10 持續(xù)日數(shù)和活動(dòng)積溫及生長(zhǎng)季月平均氣溫 在44 年中 都 呈上升趨勢(shì) ； 穩(wěn)定通過(guò) 10 的持續(xù)日數(shù)和活動(dòng)積溫及生長(zhǎng)季月平均氣溫均呈現(xiàn) 由 西 南向 東 北逐漸減少 的情況 。 （ 3） 從 1961 年至 2004 年，全 年及生長(zhǎng)季降水量 呈減少趨勢(shì) ；年降水量的空間分布呈現(xiàn)由南向北減少的情況，最高值主要集中在遼寧東部 ；各 省 西部地區(qū) 均 為降水缺乏區(qū)域，降水的地區(qū)差異大； 44 年中 降水集中指數(shù)明顯減小。（ 4）由于太陽(yáng)輻射的減少導(dǎo)致作 物的光合生產(chǎn)潛力下降，但由于溫度的明顯上升，作物的光溫生產(chǎn)潛力和氣候生產(chǎn)潛力呈不同程度的上升趨勢(shì)。 各地光合生產(chǎn)潛力 空間 差異不大 ， 光溫 生產(chǎn) 潛力呈由西向東減少的趨勢(shì)，氣候 生產(chǎn) 潛力呈由南向北減少的趨勢(shì)。 （ 5）玉米氣候增產(chǎn)潛力高值區(qū)主要在遼寧省，水稻氣候增產(chǎn)潛力最大區(qū)在東北三省西部及牡丹江與延吉一帶，大豆氣候增產(chǎn)潛力高值區(qū)在遼寧大部及吉林省延吉一帶。 各地主要作物農(nóng)業(yè)自然資源利用率差別較大，糧食增產(chǎn)潛力大的地區(qū)，資源利用率水平不高。 關(guān)鍵詞： 氣候變化； 生產(chǎn)潛力； 氣候資源利用； 北地區(qū) of on a is to In to of on we as an 2 as as of we of 961 004 we on of of as 1) of a 961 004, of an to of of to of (2) 10 , in in an 4 in a to (3) a of in a to in of in of a in 4 of (4)in a to a to an in in a to a to (5) of of of of in of of in in of in in a a of of 錄 第一章 前 言 . 1 1 選題依據(jù) . 1 候變化成為影響糧食生產(chǎn)和糧食安全的重要因子 . 1 力推廣資源節(jié)約型農(nóng)業(yè)的需要 . 2 2 研究意義 . 2 候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的重要性 . 2 候變化對(duì)東北農(nóng)業(yè)的影響 . 3 術(shù)在研究作物生產(chǎn)潛力方面的優(yōu)勢(shì) . 4 3 研究進(jìn)展 . 5 業(yè)生產(chǎn)潛力研究進(jìn)展 . 5 北地區(qū)氣候變化研究進(jìn)展 . 7 業(yè)資源利用相關(guān)進(jìn)展 . 8 4 研究的主要內(nèi)容 . 8 5 研究特色 . 9 第二章 資料與方法 . 10 1 資料來(lái)源 . 10 象數(shù)據(jù) . 10 礎(chǔ)數(shù)據(jù) . 10 2 研究方法 . 11 第三章 太陽(yáng)輻射能的計(jì)算及時(shí)空變化 . 13 1 太陽(yáng)輻射值計(jì)算公式的推導(dǎo) . 13 法介紹 . 13 V 算結(jié)果 . 14 2 太陽(yáng)輻射的時(shí)空變化 . 15 陽(yáng)輻射的空間分布 . 15 陽(yáng)輻射的時(shí)間演變 . 16 3 日照時(shí)數(shù)的時(shí)空變化 . 16 照時(shí)數(shù)的空間分布 . 17 照時(shí)數(shù)的時(shí)間演變 . 18 第四章 熱量資源的時(shí)空變化 . 19 1 穩(wěn)定通過(guò) 10持續(xù)日數(shù)的時(shí)空變化 . 19 定通過(guò) 10持續(xù)日數(shù)的空間分布 . 19 定通過(guò) 10持續(xù)日數(shù)的時(shí)間演變 . 20 2 穩(wěn)定通過(guò) 10的積溫的時(shí)空變化 . 21 定通過(guò) 10積溫的空間分 布 . 21 定通過(guò) 10積溫的時(shí)間演變 . 21 3 生長(zhǎng)季平均溫度的時(shí)空變化 . 22 長(zhǎng)季平均溫度的空間分布 . 22 長(zhǎng)季平均溫度的時(shí)間演變 . 23 第五章 水分條件的時(shí)空變化 . 24 1 年降水量的時(shí)空變化 . 24 降水量的空間分布 . 24 降水量的時(shí)間演變 . 25 2 生長(zhǎng)季降水量的時(shí)空變化 . 25 長(zhǎng)季降水量的空間分布 . 25 長(zhǎng)季降水量的時(shí)間演變 . 26 穩(wěn)定通過(guò) 10期間降水的時(shí)空變化 . 27 定通過(guò) 10期間降水的空間分布 . 27 定通過(guò) 10期間降水的時(shí)間演變 . 27 4 降水集中指數(shù)的分布情況 . 28 第六章 作物生產(chǎn)潛力的時(shí)空變化 . 30 1 各級(jí)生產(chǎn)潛力的計(jì)算 . 30 2 不同作物生產(chǎn)潛力的時(shí)空變化 . 32 物生產(chǎn)潛力的空間分布 . 32 合生產(chǎn)潛力的空間分布 . 32 溫生產(chǎn)潛力的空間分布 . 32 候生產(chǎn)潛力的空間分布 . 33 物生產(chǎn)潛力的時(shí)間演變 . 37 合生產(chǎn)潛力的時(shí)間演變 . 37 溫生產(chǎn)潛力的時(shí)間演變 . 38 候生產(chǎn)潛力的時(shí)間演變 . 39 第七章 作物增產(chǎn)潛力及資源利用率分析 . 41 1 作物氣候增產(chǎn)潛力的空間變化 . 41 2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)資源轉(zhuǎn)化率的分析 . 43 第八章 結(jié)論與思考 . 45 1 結(jié)論 . 45 2 思考 . 47 參考文獻(xiàn) . 49 致 謝 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 個(gè)人簡(jiǎn)介 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 1 第一章 前 言 人類(lèi)進(jìn)入 20 世紀(jì)以來(lái)，經(jīng)濟(jì)得到了飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)也先后經(jīng)歷了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和可持續(xù)農(nóng)業(yè)階段，但 隨著人口的迅速增長(zhǎng)，人口、資源、環(huán)境的矛盾日益 激化，人均糧食消費(fèi)量的增加以及耕地面積的 不斷 縮減，糧食安全問(wèn)題 越來(lái)越 突出。未來(lái)我國(guó)人口高峰將達(dá) 15 億 16 億人，預(yù)計(jì)糧食需求總量 將 達(dá)到 6 億 噸左右，而我國(guó)當(dāng)前糧食生產(chǎn)能力在 5 億 噸 左右，相差 1 億 噸 1。如何挖掘潛力、提高產(chǎn)量是可持續(xù)發(fā)展的重要課題。 經(jīng)濟(jì)全球化的加速和中國(guó)加入 對(duì)弱勢(shì)產(chǎn)業(yè)的農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來(lái)更大的壓力和挑戰(zhàn)。同時(shí)，由于全球氣候的變化， 勢(shì)必會(huì)引起與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關(guān)的農(nóng)業(yè)氣候資源在數(shù)量、 質(zhì)量上的 時(shí)間和空間變化， 加大了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不穩(wěn)定性，從而 使我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展又面臨新的考驗(yàn)。 從已經(jīng)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)分析來(lái)看，氣候變化的影響 是 顯著的、多方面的。各個(gè)領(lǐng)域和地區(qū)都存在有利和不利影響，但多數(shù)以不利影響為主。 最新的 氣候變化國(guó)家評(píng)估報(bào)告 就指出氣候變化將對(duì)中國(guó)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)生重大影響，如果不采取任何措施，到 2030 年， 中國(guó)種植業(yè)生產(chǎn)能力在總體上可能會(huì)下降 5 10 。氣候變化將影響 到 我國(guó)長(zhǎng)期的糧食安全 2。 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的糧食安全，資源安全及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)等越 來(lái) 越成為困擾我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展和國(guó)家安全的重要問(wèn)題。因此，我們要十分關(guān)注農(nóng)業(yè)的發(fā)展，重視糧食作物生產(chǎn)潛力的研究。 由于影響農(nóng)作物的產(chǎn)量有多方面的因素，農(nóng)作物的實(shí)際產(chǎn)量可以看作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、土壤、肥料、品種特性與氣候條件綜合作用的結(jié)果。如果在目前條件下的人為可控因子（農(nóng)業(yè)技術(shù)、土肥、品種等）處于最有利狀態(tài)，那么氣候便成為決定一個(gè)地區(qū)農(nóng)作物最高產(chǎn)量的因子 3。 氣候生產(chǎn)潛力是 評(píng)估土地資源生產(chǎn)力和制訂農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重要依據(jù)。在研究氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)、土地人口承載力和土地利用的影響時(shí)，必然要考慮氣候變 化對(duì)氣候生產(chǎn)潛力的影響。 為此， 本文選擇我國(guó)典型的 具有戰(zhàn)略意義的 商品糧基地東北三省， 利用 術(shù) 估算了 當(dāng)?shù)刈罹叽硇缘?幾種 糧食作物 生長(zhǎng)季 的潛力 值，分析了不同作物 氣候生產(chǎn)潛力 的時(shí)空變化情況 ，對(duì)比分析了氣候生產(chǎn)潛力與作物實(shí)際單產(chǎn)之間的差距， 對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力與資源利用效率進(jìn)行了探討 ，以期為 正確進(jìn)行農(nóng)作物品種布局、合理調(diào)整種植結(jié)構(gòu)、制定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的適應(yīng)性對(duì)策、提高農(nóng)業(yè) 氣候資源的高效利用乃至農(nóng)業(yè) 資源綜合開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。 1 選題依據(jù) 候變化 成為 影響 糧食 生產(chǎn)和糧食 安全 的重要因子 由于 人口、糧食和資源的矛盾日益加劇 ，糧食安全問(wèn)題也日益突出。 特別是隨著 當(dāng)前全球氣候不斷變化 ， 光、熱、水等氣候資源都發(fā)生了明顯變 異 ， 直接影響 到 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)， 對(duì)國(guó)家的糧食 生產(chǎn) 安全帶來(lái)威脅 。 而作物生產(chǎn)潛力正好反映了光、熱、水氣候資源與作物生產(chǎn)之間的關(guān)系 。 事實(shí)證明， 氣候變化導(dǎo)致了我國(guó)北方干旱受災(zāi)面積加大、南方洪澇災(zāi)害加重。 由于氣候變暖使作物發(fā)育期提前、抗寒性減弱，從而加大了春季霜凍的危害；加上局部干旱高溫危害加重，都增加了農(nóng)業(yè) 2 生產(chǎn)的 不穩(wěn)定性， 使 產(chǎn)量的波動(dòng)增大。 有研究表明， 氣候的明顯增溫使東北地區(qū)東小麥種植北界明顯北移西延，玉米晚熟品種的種植面積不斷擴(kuò)大， 有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。 如果東北地區(qū)未來(lái)氣候繼續(xù)變暖，降水也發(fā)生新的變化，必然對(duì)我國(guó)這個(gè)重要的糧食生產(chǎn)基地的農(nóng)業(yè)發(fā)展造成深 遠(yuǎn) 影響。 通過(guò)研究 氣候變化及其對(duì) 作物生產(chǎn)潛力 的影響 ，可以了解一個(gè)地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受氣候變化的影響情況。 弄清 東北地區(qū) 的 區(qū)域 作物生產(chǎn)潛力 及其時(shí) 空 變化規(guī)律 ，對(duì)評(píng)價(jià)該地區(qū)的 過(guò)去和未來(lái)的 糧食生產(chǎn)能力，進(jìn)而指導(dǎo)糧食生產(chǎn) 規(guī)劃和布局 具有重要的 實(shí)際 意義 。 力推廣資源節(jié)約型農(nóng)業(yè) 的需要 目前，資源短 缺與資源浪費(fèi)現(xiàn)象并存是制約我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)突出問(wèn)題 。雖然我 國(guó)農(nóng)業(yè)自然資源絕對(duì)量大，但面對(duì)不斷增長(zhǎng)的人口，人均相對(duì)量更少， 加之 目前我國(guó)農(nóng)業(yè)資源利用方式仍然是粗放型的，農(nóng)業(yè)自然資源利用率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要制約因素。 對(duì)發(fā)展中國(guó)家而言，資源的有效利用以及適應(yīng)能力的建設(shè)尤為重要。 中共中央國(guó)務(wù)院 2007 年“一號(hào)文件”就指出，要 發(fā)展農(nóng)業(yè)就要 提高資源的利用率。 對(duì)有限的自然資源而言， 只有對(duì)資源的利用狀況有個(gè)詳細(xì)深入的了解，才能找出問(wèn)題 ， 充分利用有限資源 。所以說(shuō)，提高農(nóng)業(yè)自然資源的利用效率是 中國(guó)農(nóng)業(yè) 可持續(xù)發(fā)展的保障，也是構(gòu)建和諧社會(huì)，建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的需要。 2 研究意義 候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的重要性 農(nóng)業(yè)是一種生物的自然和經(jīng)濟(jì)再生產(chǎn)過(guò)程，除了社會(huì)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)因素外，還受自然環(huán)境尤其是氣候生態(tài)條件的制約。農(nóng)業(yè)類(lèi)型的分布、產(chǎn)量的豐歉和品質(zhì)的優(yōu)劣，都與土地類(lèi)型和氣候要素有關(guān)。 氣候?yàn)樯锾峁┝斯?、熱、水、空氣、風(fēng)等能量和物質(zhì)資源，是進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自然資源之一。氣候資源在數(shù)量、質(zhì)量及組合特征上有很大的地域差異；在時(shí)間變化上又有明顯的季節(jié)和年際變化性。農(nóng)業(yè)是對(duì)氣候變化反應(yīng)最為敏感的部門(mén)之一， 各種農(nóng)業(yè)氣候資源的數(shù)量及其匹 配對(duì)農(nóng)業(yè)布局、種植制度、作物種類(lèi)及農(nóng)業(yè)產(chǎn)量有著密切關(guān)系。 氣候作為基礎(chǔ)資源和植物生存條件，在生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，氣候變化通過(guò)改變農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中光照、熱量 、水分 ，以及光熱和水分的匹配狀況影響其生產(chǎn)力。氣候的變化，往往是制約地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，特別是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素，尤其在全球氣候 變暖 的情況下，充分認(rèn)識(shí)和掌握氣候變化規(guī)律，科學(xué)合理利用氣候資源，對(duì)發(fā)展農(nóng) 業(yè) 經(jīng)濟(jì)，構(gòu)建和諧的社會(huì)主義新農(nóng)村是十分重要的。 根據(jù)政府間氣候變化委員會(huì)（ 三次評(píng)估報(bào)告，大氣中 經(jīng)從工業(yè)革命前 (1800 年 )的 280升 /升 )上升到 1999 年的 367約增長(zhǎng)了26%，近 40 年間增長(zhǎng)了 13%。目前， 以每年 速率繼續(xù)增加。 即使把人為的 放速率控制在 1990 年的水平，到 2050 年 15 21 世紀(jì)末 60室氣 3 體的增加 可能是 全球氣候 變暖的重要原因。 在全球 氣候 變化背景下，我國(guó)的氣候也將發(fā)生變化。 有關(guān)研究表明，我國(guó)的氣候變化趨勢(shì)與全球氣候的總趨勢(shì)是基本一致的。同時(shí)， 告認(rèn)為全球氣候變 化對(duì)農(nóng)業(yè)會(huì)產(chǎn)生重大影響，特別對(duì)那些適應(yīng)能力差，生產(chǎn)異常脆弱地區(qū)的農(nóng)業(yè)十分不利 4針對(duì)氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的可能影響，迫切需要更加深入地了解我國(guó)氣候與農(nóng)業(yè)的關(guān)系；掌握農(nóng)業(yè)氣候資源的現(xiàn)狀、變化趨勢(shì)以及對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力布局的影響； 在氣候不斷變化的背景下研究作物的氣候生產(chǎn)潛力，弄清該地的氣候生產(chǎn)潛力水平和光、熱、水資源的配合協(xié)調(diào)的程度，了解不同要素對(duì)生產(chǎn)力影響的大??； 合理利用農(nóng)業(yè)氣候資源 ， 制訂 農(nóng)業(yè)規(guī)劃和生產(chǎn)布局；運(yùn)用氣候規(guī)律來(lái)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力及防災(zāi)減災(zāi)、趨利避害，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 我國(guó)農(nóng)業(yè)的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效 、安全、生態(tài) 和可持續(xù)發(fā) 展，降低農(nóng)業(yè)對(duì)氣候的脆弱性，確保我國(guó)糧食生產(chǎn)安全。 候變化對(duì)東北農(nóng)業(yè)的影響 東北地區(qū) 主要包括 黑龍江、吉林、遼寧三省 （圖 總土地面積 7870 萬(wàn)公頃，其中耕地 公頃，占全國(guó)耕地的 8，是 我國(guó)具有戰(zhàn)略意義的商品糧基地 ， 糧食區(qū)際商品量和商品率均居全國(guó)首位 ， 每年為國(guó)家提供 30003500 萬(wàn) 噸 商品糧。據(jù)有關(guān)研究預(yù)測(cè) 9， 若按人 均需求 400 公斤 計(jì) 算 ， 東北地區(qū)外調(diào)糧食到 2010 年可以滿足 人的需求 ， 到 2030 年可滿足 即東北地區(qū)提 供的糧食可滿足我國(guó) 50 新增人口的需求。隨著我國(guó)糧食生產(chǎn)重心進(jìn)一步由南方向北方和由東西部向中部地區(qū)推移 ， 東北地區(qū)糧食生產(chǎn)在國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略體系中地位將會(huì)更加重要 10。 圖 研究的區(qū)域分布 北地區(qū)位處 38 N 54 N， 119 E 133 E 之 間，其地勢(shì)特征是東北西三面被山地環(huán)繞，中部為大平原。山地海拔高度一般在 500 1000 米之間，其中最高峰位于長(zhǎng)白山白云峰（海拔 2691 米）；中部的東北大平原海拔高度一般在 300 4 米以下，三江平原更低（最低處僅 34 米）。因?yàn)槭苓@種地理環(huán)境的影響，使得這一地區(qū)的溫 度 分布除隨緯度增加而降低以外，同緯度地區(qū)中部平原溫 度 較高，東部山區(qū)較低。由于受地理位置的影響，該區(qū)域內(nèi)太陽(yáng)輻射高于我國(guó)同緯度其它地區(qū)，但由于緯度高，生長(zhǎng)季較短，生長(zhǎng)季內(nèi)的太陽(yáng)輻射又普遍小于我國(guó)同緯度的其它地區(qū)。 東北地區(qū) 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為一熟制，該區(qū)南部地區(qū)也可一年兩熟或兩年三熟。在種植業(yè)結(jié)構(gòu)中，作物以玉米、水稻、大豆為主。其中玉米約占全國(guó)總產(chǎn)量的 40，在全國(guó)占有十分重要的地位；經(jīng)濟(jì)作物 大豆既是糧食作物又是油料作物，同時(shí)還是重要的副 食原料，占全國(guó)總產(chǎn)量的 40 ； 東北稻區(qū)屬單季稻作帶，盡管面積不大，僅占全國(guó)稻田總面積的 但本區(qū)糧食單產(chǎn)較高，稻谷產(chǎn)量約占全國(guó)稻谷產(chǎn)量的 3。由于東北地區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，地理環(huán)境復(fù)雜，各地氣候、土壤等農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境條件的地理差異較大，各地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展水平仍不平衡，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力尚未充分發(fā)揮出來(lái)。 在氣候變暖的影響研究中，東北地區(qū)因其緯度偏高，增暖明顯，降水量減少，干旱顯著增加，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到 較 大影響 11。 其影響集中表現(xiàn)在三個(gè)方面 ：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不穩(wěn)定性增加，產(chǎn)量波動(dòng)大；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局和結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)變動(dòng)， 作物種植制度可能發(fā)生較大變化；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的改變，增加了農(nóng)業(yè)成本和農(nóng)業(yè)投資的幅度 ，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響顯著。 有 研究表明： 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)東北地區(qū)春季提前，生長(zhǎng)季延長(zhǎng)、生長(zhǎng)季內(nèi)總積溫增加、 10積溫帶北移，玉米和水稻晚熟品種的種植范圍出現(xiàn)北移和東擴(kuò) 12。 目前，對(duì) 東北地區(qū)氣候變化的影響研究 大多是 對(duì)增溫的正效應(yīng)關(guān)注較多，而且就 氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的研究 來(lái)看，也多是利用各 種模式模擬 不同情況下 未來(lái)氣候變化對(duì) 作物產(chǎn)量的影響， 對(duì) 于 過(guò)去農(nóng)業(yè)氣候資源的綜合演化 情況研究還不夠。 在我國(guó)季風(fēng)性氣候特征明顯、氣候變率較大的前提 下，如何客觀地評(píng) 價(jià) 東北 氣候變 暖 對(duì)我國(guó)東北地區(qū)農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)造成的影響及氣候資源的 變化趨勢(shì)和 利用情況 ， 分析這種變化對(duì)農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)潛力造成的影響， 為制定合理的農(nóng)業(yè)種植制度 ，使 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整 向縱深推進(jìn)， 為實(shí)現(xiàn) 優(yōu)質(zhì) 高產(chǎn)高效農(nóng)業(yè)提供科學(xué)的理論依據(jù) 。 正是本 論文研究的 主旨所在 。 術(shù)在研究作物生產(chǎn)潛力方面的優(yōu)勢(shì) 隨著全球化、網(wǎng)絡(luò)化和知識(shí)經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展 ， 地理信息系統(tǒng)作為應(yīng)用領(lǐng)域的工程技術(shù)和跨越信息科學(xué)、地球科學(xué)和空間科學(xué)的應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué) ， 其意義和價(jià)值已被認(rèn)同。近年來(lái) ， 我國(guó)的 術(shù) 正迅猛地由實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化和社會(huì)化 ， 由設(shè)備引進(jìn)、技術(shù)克隆走向自主開(kāi)發(fā)、知識(shí)創(chuàng)新的新階段。 地理信息系統(tǒng)（ 一種決策支持系統(tǒng)，它具有信息系統(tǒng)的各種特點(diǎn)（ 如 數(shù)據(jù)采集、管理、分析和表達(dá)數(shù)據(jù)能力的系統(tǒng) ，它能夠?yàn)閱我坏幕蛴薪M織的決策過(guò)程提供有用的信息）。它是一門(mén)以數(shù)據(jù)庫(kù)、圖論、拓?fù)鋵W(xué)、圖像處理、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)及計(jì)算機(jī)地形學(xué)等多門(mén)學(xué)科綜合的交叉科學(xué)，是描述、存儲(chǔ)、分析和輸出空間信息的理論和方法的一門(mén)新興的高新技術(shù)；另一方面，地理信息系統(tǒng)是一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)，是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，采用 地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間的和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。 5 地理信息系統(tǒng) 具有 三大 基本 特征 ： 第一，具有 空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的 采集、管理、 查詢、 分析和輸出多種地理信息的能力， 支持矢量和柵格兩種數(shù)據(jù)模型，可方便地相互轉(zhuǎn)化，為多源數(shù)據(jù)的有機(jī)整合提供了可能 ， 具有空間性和動(dòng)態(tài)性；第二，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持進(jìn)行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計(jì)算機(jī)程序模擬常規(guī)的或?qū)ｉT(mén)的地理分析方法，作用于空間數(shù)據(jù)，產(chǎn)生有用信息，完成人類(lèi)難以完成的任務(wù)；第三，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的支持是地理信息系統(tǒng)的重要特征，因而使得地理信息 系統(tǒng)能以快速、精確、綜合地對(duì)復(fù)雜的地理系統(tǒng)進(jìn)行空間定位和過(guò)程動(dòng)態(tài)分析。 由于地理信息系統(tǒng)所具有的這些優(yōu)勢(shì)， 使得研究人員在地理信息系統(tǒng)支持下能夠方便的提取地理系統(tǒng)各 個(gè) 不同側(cè)面、不同層次的空間和時(shí)間特征，也可以快速地模擬自然過(guò)程的演變或思維過(guò)程的結(jié)果，取得地理預(yù)測(cè)或“實(shí)驗(yàn)”的結(jié)果，選擇優(yōu)化方案，用于管理與決策。地理信息系統(tǒng) 發(fā)展迅速， 目前已被廣泛應(yīng)用于資源管理、農(nóng)業(yè)區(qū)劃、環(huán)境監(jiān)測(cè)、城市規(guī)劃等許多領(lǐng)域 。 農(nóng)業(yè)氣象中正得到充分應(yīng)用，但在我國(guó)糧食生產(chǎn)研究中應(yīng)用 得還不多 。正是由于 特有的空間分析、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)與提供 決策支持的功能 ,為我們運(yùn)用 術(shù)來(lái)分析和評(píng)價(jià)氣候生產(chǎn)潛力提供了很 大 的便利， 成為 研究區(qū)域性糧食生產(chǎn)潛力的有效手段 13。 因此 ， 使用 術(shù)對(duì)我國(guó)東北地區(qū)的氣候變化及其對(duì)作物生產(chǎn)潛力的影響進(jìn)行研究，對(duì)提高農(nóng)業(yè)氣候資源利用效率， 保證 東北地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效農(nóng)業(yè)提供理論依據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。 3 研究進(jìn)展 業(yè)生產(chǎn)潛力研究進(jìn)展 農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)潛力 ，也稱(chēng)理論潛力 ，它是指在其它一切條件（包括作物品種、土壤、耕作技術(shù)等）都能充分 滿足和發(fā)揮最大效能的情況下，現(xiàn)今氣候條件所能允許的作物 單產(chǎn)上限。對(duì)糧食生產(chǎn)來(lái)說(shuō)， 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力的研究主要包括：光合 生產(chǎn)潛力 、光溫 生產(chǎn)潛力和 氣候生產(chǎn)潛力。 對(duì)生產(chǎn)潛力的 研究 最早可以追溯到 1840 年 德國(guó)化學(xué)家 出的“最小因子律” (of 他在研究干物質(zhì)生產(chǎn)量與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)間供需關(guān)系時(shí)，從光能利用與同化 14。 20 世紀(jì) 20 年代初，國(guó)外一些學(xué)者利用量子效率理論研究光合作用過(guò)程，認(rèn)為作物生產(chǎn)潛力的大小最終取決于光照的多少及光能利用效率的高低。 20 世紀(jì) 60 年代，量子效率法計(jì)算光合生產(chǎn)潛力的研究取得了 很大進(jìn)展，美國(guó)的 從作物的光合效率及干物質(zhì)生產(chǎn)潛力的角度作了大量研究工作，利用量子效率概念進(jìn)行了生產(chǎn)潛力研究，提出生物生產(chǎn)量 ( )與太陽(yáng)總輻射 ( )之間的估算模式，而且從理論上推算出作物最大光能利用率為 5% 6%，但由于光合潛力未涉及其它因素，如溫度和降水對(duì)產(chǎn)量潛力的制約作用，而僅考慮了光合作用，因此，計(jì)算結(jié)果偏高，與實(shí)際產(chǎn)量相差甚遠(yuǎn) 15。考慮到溫度對(duì)光合生產(chǎn)潛力的影響，許多學(xué)者把光溫生產(chǎn)潛力作為理論上限，用溫度影響函數(shù)對(duì)光合生產(chǎn)潛力進(jìn)行校正，研究光溫生產(chǎn)潛力 。 推薦 了 赫寧根）模型和農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域 (，對(duì)光溫生產(chǎn)潛力研究較為深入，其思路和方法框架被世界不同區(qū)域采用。 6 此后作物生產(chǎn)力研究逐步轉(zhuǎn)向氣候生產(chǎn)潛力，即把光照、溫度、降水等因素綜合考慮進(jìn)去探討作物生產(chǎn)潛力。 從作物生產(chǎn)與水分有效利用的關(guān)系提出各種計(jì)算模型 16。由于水分因素與作物生產(chǎn)力關(guān)系的復(fù)雜性，以及相關(guān)參數(shù)獲得的難度與精確性等問(wèn)題，氣候生產(chǎn)潛力的研究在總體思路上雖已成型，但研究成果的差異性比較以及可靠性程度存在問(wèn)題較多。 20 世紀(jì) 80 年代，作物生產(chǎn)潛力的研究得到進(jìn)一步的 補(bǔ)充和完善，并在實(shí)踐中得到應(yīng)用。 對(duì)氣候生產(chǎn)能力的有限性做了深入的研究。德米季洛伊科提出了有效降水量的概念，并建立了水分效應(yīng)模型 17。切卡沙尼卡提出了 度對(duì)產(chǎn)量的訂正公式 18。櫻谷哲夫從生理角度論述了作物蒸散與其生產(chǎn)潛力的關(guān)系 19。 之后 將作物生長(zhǎng)模型與 術(shù)結(jié)合，分析了區(qū)域生產(chǎn)力，并提出優(yōu)化的生產(chǎn)措施，如良種選擇、最佳播種日期確定、灌溉計(jì)劃制定等。他們的研究表明，通過(guò)與 術(shù)的結(jié)合，可以擴(kuò)大作物模型的應(yīng)用范圍。因?yàn)樾g(shù)不僅可以定量表征區(qū)域環(huán) 境特性，而且能夠揭示生產(chǎn)力的區(qū)域分布特征、以及存在的問(wèn)題 ,從而通過(guò)與作物模型的結(jié)合，評(píng)估不同管理情景下的生產(chǎn)力，為農(nóng)業(yè)管理或區(qū)域規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù) 20。 在國(guó)內(nèi)，任美鍔 于 1950 年 首先提出了作物生產(chǎn)潛力的問(wèn)題 21， 1964 年 竺可楨從氣候角度探討了作物生產(chǎn)潛力，指出了光能利用效率的提高對(duì)作物單產(chǎn)的貢獻(xiàn) 22。此后黃秉維根據(jù)作物光合潛力過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)換，提出了計(jì)算光合生產(chǎn)潛力的計(jì)算公式，即光合生產(chǎn)潛力是太陽(yáng)總輻射與換算系數(shù)的乘積 23。換算系數(shù)是考慮能量轉(zhuǎn)換系數(shù)與光能利用率后得出的。該公式首次以定量方 法研究了我國(guó)輻射資源狀況，指出了對(duì)光能利用的上限，得到廣泛應(yīng)用。 在光溫生產(chǎn)潛力的基礎(chǔ)上陳明榮、侯光良等采用自然降水訂正法對(duì)不同地區(qū)的光溫生產(chǎn)潛力進(jìn)行訂正 ,估算出光熱水生產(chǎn)潛力 24,25。田國(guó)良、于滬寧、趙名茶、李世奎等諸多學(xué)者從不同的角度研究了氣候生產(chǎn)潛力 ， 并對(duì)我國(guó)氣候生產(chǎn)潛力的空間分布進(jìn)行了有益的探討 26 在氣候變化對(duì)作物生產(chǎn)潛力的影響研究方面，張強(qiáng)研究了黃土高原地區(qū)氣候變化對(duì)玉米生產(chǎn)潛力的影響 30。楊恒山對(duì) 內(nèi)蒙古哲里木 盟近 45 年的作物光能、光溫和氣候生產(chǎn)潛力的變化趨勢(shì)進(jìn)行了研究，并 對(duì)玉米、水稻、大豆、高粱 4 種作物的生產(chǎn)潛力變化進(jìn)行了對(duì)比分析 31。張愛(ài)民等應(yīng)用回歸統(tǒng)計(jì)模型研究了淮河流域作物氣候生產(chǎn)潛力 32。楊文坎運(yùn)用純數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法研究了越南北方水稻生產(chǎn)的影響 33。王素艷等采用逐步訂正法，從水分平衡角度，用數(shù)理模式研究了氣候生產(chǎn)潛力 34。黃志英等人從雨 養(yǎng) 和灌溉兩個(gè)系列研究了河北省小麥、玉米的氣候生產(chǎn)潛力 35。 趙艷霞等采用 光溫生產(chǎn)潛力和氣候生產(chǎn)潛力的計(jì)算方法，計(jì)算黃土高原不同地區(qū) 1960 2000年近 406。 在未來(lái)氣候變 化對(duì)作物生產(chǎn)潛力的估算方面，金之慶等考慮 出北方冬小麥變化趨勢(shì) 37。石春林和張宇等分別運(yùn)用 型研究了氣候變化對(duì)作物生產(chǎn)潛力的影響 38,39。林而達(dá)等利用中國(guó)隨機(jī)天氣模型將氣候模式與 型相連接，模擬了未來(lái)氣候情景下我國(guó)主要水稻產(chǎn)區(qū)產(chǎn)量的變化趨勢(shì) 40。王宗明運(yùn)用 型對(duì)黃土塬區(qū)作物生產(chǎn)潛力進(jìn)行了初步研究 41。周治國(guó) 和周留根 基于知識(shí)模型和 術(shù) 分別 對(duì)江蘇地區(qū)作物 7 的氣候生產(chǎn)潛力 和棉花生產(chǎn)潛力 進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià) 42,43。 封志 明基于 術(shù)對(duì)甘肅省的作物生產(chǎn)潛力進(jìn)行了分區(qū) 研究 44。劉引鴿和吳志杰 分別利用逐級(jí)訂正法和 術(shù)對(duì) 關(guān)中平原和 漳州市的土地生產(chǎn)潛力 進(jìn)行 了分析評(píng)價(jià)，將潛力研究由氣候生產(chǎn)潛力推進(jìn)到了土地潛力層面 45,46。 評(píng)價(jià)一種模型的優(yōu)劣是與模擬結(jié)果精度要求和應(yīng)用目的相聯(lián)系的。國(guó)外采用的先進(jìn)方法基本上是借用計(jì)算機(jī)技術(shù)和田間試驗(yàn)進(jìn)行作物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)及產(chǎn)量形成模擬，剖析農(nóng)田水分與生產(chǎn)力的量化關(guān)系；而我國(guó)則以潛力分析數(shù)學(xué)模型、動(dòng)態(tài)模擬、田間潛力試驗(yàn)等結(jié)合探討?？傮w來(lái)看，農(nóng)田作物生產(chǎn)潛力的研究經(jīng)歷了從光合潛力到光溫潛力，再 到氣候潛力和土地潛力的發(fā)展歷史，內(nèi)容日趨完善，范圍愈加廣泛。隨著研究手段的不斷提高，作物生產(chǎn)潛力研究將由靜態(tài)描述走向動(dòng)態(tài)模擬，由單一因素走向多因子綜合因素研究 47。 由于 以將時(shí)間作為第四維空間進(jìn)行考慮，把基于機(jī)理過(guò)程的作物生長(zhǎng)模型 (即隨時(shí)間而發(fā)生的變化 )結(jié)合進(jìn)來(lái)，將有利于對(duì)作物生長(zhǎng)過(guò)程中的時(shí)間和空間變量進(jìn)行分析 48。 作物動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)模型與地理信息系統(tǒng)的結(jié)合也成為了研究作物生產(chǎn)潛力 較為理想的 一個(gè)新的發(fā)展趨勢(shì) 49 隨著世界對(duì)糧食生產(chǎn)潛力研究的拓展和深入，西方傳統(tǒng)作物的微觀模型在中國(guó)應(yīng)用存在 參數(shù)設(shè)定適合度的缺陷，比如以往主要采用 業(yè)生態(tài)區(qū)域法，具有一般綜合模式的優(yōu)點(diǎn)，但該模型是基于非洲的試驗(yàn)資料建立起來(lái)的，運(yùn)用于我國(guó)時(shí)要根據(jù)各地的作物品種和生長(zhǎng)實(shí)際情況進(jìn)行必要的修正。而近年來(lái)得到大家公認(rèn)的“機(jī)制法” 模擬作物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)，考慮了作物群體的動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)過(guò)程，分析作物的光合、呼吸和蒸騰等各基礎(chǔ)生理過(guò)程，考慮全面，機(jī)理性較強(qiáng)，因而是作物生產(chǎn)潛力較為理想的計(jì)算方法。但該方法的關(guān)鍵問(wèn)題是如何正確的給出與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程相符合的各級(jí)資源有效系數(shù)。目前關(guān)于各級(jí)有效系數(shù)的確定無(wú)論在指標(biāo)的設(shè)定還是在研究尺度上都較 為粗略?；诖?，本研究利用月均氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和數(shù)字高程數(shù)據(jù)，利用 術(shù)采用 逐級(jí)訂正的方法，估算了包括光、溫、水的逐級(jí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力。 北地區(qū)氣候變化研究 進(jìn)展 我國(guó)對(duì)東北氣候的研究不少，如 任國(guó)玉對(duì)東北的集中降水指數(shù)進(jìn)行了研究 ，結(jié)果表明東北地區(qū)的年降水主要集中于作物的生長(zhǎng)季節(jié) 52。 任國(guó)玉、周薇對(duì)遼東半島本世紀(jì)氣溫變化做了初步研究 ， 指出遼東半島冬、夏和年平均氣溫的長(zhǎng)期趨勢(shì)變化特點(diǎn)是冬季正不斷增暖，而夏季卻在持續(xù)變涼 53。 劉玉瑛等對(duì)吉林省 1980 1995 年熱量資源的地理分布及作物品種布局進(jìn) 行了研究 ， 發(fā)現(xiàn) 這段時(shí)間吉林的熱量資源變化較大，積溫增加，對(duì)作物生育期有所延長(zhǎng)，農(nóng)作物中晚熟區(qū)域向北向東擴(kuò)展 54。 毛飛等對(duì)東北地區(qū)熱量資源和低溫冷害分布規(guī)律進(jìn)行了研究 55。 吳金棟結(jié)合 式，利用 式就未來(lái)氣候變化對(duì)東北地區(qū)水熱條件的可能變化進(jìn)行了數(shù)值模擬 ， 研究指出 ，未來(lái)增溫有利于改善東北地區(qū)當(dāng)前的熱量條件，減輕低溫冷害的危害；東北地區(qū)主要作物生長(zhǎng)發(fā)育期間水分普遍不足，在無(wú)灌溉條件地區(qū)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)量將受到影響 56。 王春乙研究了氣候變暖對(duì)東北地區(qū)作物種植的影響 ， 結(jié)果表明作物播種期 比 過(guò)去提早 10 15 天； 20 世紀(jì) 90 年代東北各種作物的中晚熟品種種植區(qū)域已向北向東擴(kuò)展 57。 馬樹(shù)慶等對(duì)東北玉米 8 的 低溫冷害 進(jìn)行了研究 ，結(jié)果表明東北北部、東部冷害風(fēng)險(xiǎn)較大，中、西、南部較小 58。 王石立就近 20 年來(lái)氣候變暖對(duì)東北地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水熱條件的影響進(jìn)行了研究 ， 指出 東北地區(qū)變暖主要表現(xiàn)在冬季，夏季增溫幅度有限且不穩(wěn)定； 且 20世紀(jì) 90 年代中后期出現(xiàn)暖干化趨勢(shì) 59。 王媛等人就氣候變暖對(duì)東北地區(qū)水稻種植的適應(yīng)行為進(jìn)行了研究 ，結(jié)果顯示氣候變暖對(duì)黑龍江、吉林大部分地區(qū)的水稻產(chǎn)生正面影響，而對(duì)遼寧大部分地區(qū)產(chǎn)生 負(fù)面影響 60。 汪宏宇對(duì)東北地區(qū)作物生長(zhǎng)季降水異常的特征進(jìn)行了分析 ， 發(fā)現(xiàn) 東北地區(qū)生長(zhǎng)季降水存在減少趨勢(shì)，旱災(zāi)略多于澇災(zāi) 61。 何平 利用氣候?qū)W計(jì)算方法和遼寧農(nóng)作物氣候產(chǎn)量模型 對(duì)本溪 近 40年 的 農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)潛力的 變化規(guī)律 進(jìn)行了研究 ，分析結(jié)果認(rèn)為該地太陽(yáng)輻射量減少、降水量減少是本溪作物氣候生產(chǎn)潛力下降的主要原因 62。 目前，各類(lèi)研究大多針對(duì)單個(gè)氣候指標(biāo)的變化或局部地區(qū)氣候變化對(duì)某種作物的影響進(jìn)行了研究，還很少有人利用 業(yè) 資源利用 相關(guān)進(jìn)展 氣候資源利用率是指 在生育期或一年內(nèi)作物的單位光、溫、降水 所產(chǎn)生的生物產(chǎn)量或經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的絕對(duì)量或相對(duì)量，主要包括光、熱、降水資源的利用率和氣候資源綜合利用率幾個(gè)方面。評(píng)價(jià)指標(biāo)大致可分兩類(lèi)，一類(lèi)是相對(duì)量指標(biāo)， 如馬樹(shù)慶和徐勇 用單位面積上作物實(shí)際生物產(chǎn)量或 經(jīng)濟(jì) 產(chǎn)量與作物生產(chǎn)潛力的百分比 來(lái) 表示 63,64，主要指標(biāo)有：理論光能利用率、有效光能利用率、光合資源的糧食轉(zhuǎn)化率、光溫資源的糧食轉(zhuǎn)化率和氣候資源的糧食轉(zhuǎn)化率 。另一種是絕對(duì)量指標(biāo)， 如崔讀昌和 劉秋海 用單位種植面積上單位資源所獲得的生物產(chǎn)量或經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量表示 65主要指標(biāo)有：相對(duì)光能利用率、熱量資源利用率、降水量資源利用率和綜合氣候資源利用率。 氣候資源利用率的研究目前主要集中在對(duì)氣候資源利用現(xiàn)狀水平評(píng)價(jià)和提高的對(duì)策途徑等方面。崔讀昌先后用氣候資源利用率的絕對(duì)量指標(biāo)對(duì)世界主要國(guó)家和地區(qū)以及中國(guó)不同省、區(qū)的氣候資源利用率進(jìn)行研究，發(fā) 現(xiàn) 世界谷物產(chǎn)量的農(nóng)業(yè)氣候資源利用率地區(qū)差異很大。馬樹(shù)慶對(duì)吉林省、 劉秋海 對(duì)廣東省糧食作物的氣候資源利用率進(jìn)行了研究 ，并分別提出了高